Как квант света превращается в зрительный сигнал? Оказывается, ответ на этот вопрос лежит в области химии, биохимии и молекулярной физиологии и был получен совсем недавно.

Отражающий самые последние достижения исследователей отчет о том, как же совершается таинство превращения света в зрение, услышали ученые, преподаватели и студенты СПбГУ. С подробной и невероятно увлекательной лекцией «Химия и молекулярная физиология зрения» в рамках  68-го Менделеевского чтения выступил физиолог, академик РАН Михаил Аркадьевич Островский.

До начала лекции ученый ответил на несколько вопросов.

— В восприятии обывателя проблемами зрения занимаются физиологи, биологи, офтальмологи, а в теме заявлена химия.  Что имеется в виду? Какую роль химики сегодня могут сыграть в решении проблем восстановления, лечения, изучения зрения?

— Со времен древних греков и до наших дней людей интересовал простой вопрос: как свет превращается в зрение?  Как это ни парадоксально и ни удивительно, но только в последнее десятилетие, в последние годы я бы мог дать древним грекам на него ответ. Представляете, понадобилось 2500 лет, чтобы подробно ответить, как же это происходит: как физическая форма движения материи превращается в биологическую, как квант света превращается в зрительный сигнал, который затем идет из глаза в мозг. Ответ на этот вопрос, оказывается, лежит глубоко в области химии, физики, физико-химии.  Ответ абсолютно химический. Ключевая молекула  зрения — светочувствительный зрительный пигмент родопсин («родопсин» от греческих слов: «rhodo» — розовый и «opsis» — видеть). Акт зрения запускается фотохимической реакцией цис→транс  изомеризации 11-цис ретиналя — хромофорной группы молекулы родопсина, которая «сидит» в центре этого белка. В темноте молекула изогнута как кочерга. Энергия поглощенного кванта света тратится на то, чтобы изменить конфигурацию 11-цис ретиналя на транс-конфигурацию, то есть на то, чтобы выпрямить «кочергу». Выпрямление (реакция фотоизомеризации) происходит за менее чем 200 фемтосекунд (1фс=10^-15с). Эта фотохимическая реакция изомеризации и есть единственное, зачем зрению нужен свет: она нужна для того, чтобы запустить механизм зрения. Вот вам и химия. А дальше зрительные клетки действуют как биофотоумножитель, усиливают сигнал в сотню тысяч раз. Сейчас мы уже более или менее представляем, как работает этот фотоумножитель в живом глазу. В результате после усиления возникает  биоэлектрический сигнал, который из зрительной клетки передается следующим нервным клеткам (сетчатке). А сетчатка — это, фактически, часть мозга, где запускается и совершается процесс обработки зрительной информации.

— В научном мире сегодня междисциплинарные исследования приносят, пожалуй, самые интересные результаты. Каких прорывов вы ждете в ближайшее время (в том числе в области молекулярной физиологии зрения)?

— Бог не делил природу на науки. Это мы ее разделили.  А на самом деле никаких границ не существует. Что касается прорывов, то я бы их ждал в естествознании, в том, что мы называем natural science. Сейчас гуманитарные и естественные науки начинают сливаться. Поэтому я скорее даже склонен думать, что прорывы возможны именно на границе этих наук: прорывы в понимании того, что такое сознание и мышление. Это не есть проблема информационных технологий. Это не есть проблема только математики и физиологии. Собственно, основы заложил еще Иван Михайлович Сеченов в своей знаменитой работе «Рефлексы головного мозга».  Понимание феноменов сознания и мышления может прийти в ближайшее 10-50 лет.  А самое ближайшее, то, до чего человечество почти дотянулось рукой в этой области, — это память. Здесь мы уже близко.

— Будет ли как-то эволюцио­нировать зрительная система человека под воздействием увеличивающейся нагрузки? Компьютеры, телевизоры, коммуникаторы, сотовые телефоны плотно вошли в нашу жизнь, но и одновременно резко увеличили нагрузку на зрительную систему.

— Эволюция в биологии — это безумно медленный процесс. Нужны сотни столетий. Не думаю, что от того, что человек будет много работать за  компьютером в течение ближайших поколений, что-то изменится в его физиологии. Ничего (кроме вреда зрительной системе) не произойдет.  Как известно, приобретенные признаки не наследуются. Это принцип дарвинизма. Поэтому от того, что человек чему-то научился, его дети не смогут лучше смотреть и видеть. А вот что касается науки — это часть культуры. Наука сама по себе самоценна. И из нее волей неволей проистекает практическая польза или, увы, практический вред. Польза — новые лекарства, борьба с болезнями, тот же мобильный телефон. Практический вред — ядерная бомба, термоядерная бомба, психотропное оружие.

Словом, из всего хорошего можно сделать плохое. Но это уже вопрос социологии, вопрос функционирования общества. Тут ученые не виноваты. Эрнст Резерфорд, великий английский физик, в начале XX века создал модель атома. Когда журналист у него спросил, а будет ли от этого какая-то польза, он сказал: никогда. А через 20 лет, основываясь, в том числе, на его работах, сделали атомную бомбу. Он помыслить себе такого не мог!

Вообще, не стоит подходить к науке утилитарно. Наука — не служанка технологий. Она сама по себе царица. А технологии, будь то нанотехнологии или лекарства,  компьютеры, — это все производное, или, если хотите, — это запланированный или незапланированный продукт. И все! А наука, как музыка, сама по себе. Нельзя заставить ученого что-то открыть, как нельзя заставить Шостаковича написать симфонию. Он либо ее напишет, либо нет. Эта мысль должна овладеть нашим обществом и властями. Утилитарное отношение к науке — бессмысленно.

Вера СВИРИДОВА

Фото: Андрей Дубровский